JP2005308220A - クロム酸塩をもたないフルオロポリマー被覆されたファスナ挿入体 - Google Patents

Abstract

【課題】 ファスナ組立体における挿入体の異種金属接腐食を防ぎ、偶発的な移動を減らす、クロム酸塩をもたないフルオロポリマー被覆されたファスナ挿入体を提供すること。
【解決手段】 ファスナ組立体を、２５℃において約２０秒から３０秒の間の平均粘度を有するクロム酸塩をもたない樹脂結合されたフルオロポリマー組成物で被覆することによって、ファスナ組立体における異種金属接触腐食を防止するファスナ挿入体が開示されている。被覆された挿入体及び生成された被覆された挿入体の提供方法も開示されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被覆されたファスナ挿入体に関し、より具体的には、ファスナ組立体における挿入体の異種金属接腐食を防ぎ、偶発的な移動を減らす、クロム酸塩をもたないフルオロポリマー被覆されたファスナ挿入体に関する。

ファスナ組立体には、種々の形状、寸法、設計、及び材料がある。多くのファスナ組立体は、ボルト、ピン、又はスクリューといったファスナを含むだけでなく、タップ穴又はナットの中に入れられるファスナ挿入体も含むことになる。特定の締結工程に必要な種類のファスナ挿入体は、主に、採用されるべきファスナの種類を決定するものであった。本発明は、異種金属接触腐食が潜在的な問題である種々のファスナ組立体に適用可能であるが、本発明は、以下において、金属製螺旋コイル状ワイヤファスナ挿入体をもつファスナ組立体を参照して述べる。限定されない例として、ねじ切りされたファスナとの関連において有用な特定の金属製螺旋コイル状ワイヤ挿入体は、「成形材料のためのワイヤコイルねじ山挿入体」と題する米国特許第２，６７２，０７０号に記載されている。本発明の教示に従って被覆することができる他のファスナ挿入体が、米国特許第２，５１２，３１６号、第２，５８６，００７号、第２，７０８，２６５号、第２，７５５，６９９号、第２，８７４，７４１号、第２，９３４，１２３号、第３，０１８，６８４号に記載されており、これらの特許の各々は、明確に引用により組み入れられる。

一般的には、ファスナ挿入体は、該挿入体が、ねじ係合長さの全体にわたって動的及び静的負荷のよりバランスのとれた分布を与えるので、こうした螺旋コイル状ワイヤ挿入体の固有の可撓性に起因して強化される。螺旋コイル状ワイヤ挿入体は、他の挿入体より小さいボス、フランジ、及びファスナを用いることを可能にし、したがって、特に高容量の用途に対して費用節約を呈する。

こうした螺旋コイル状ワイヤ挿入体は、通常は、ねじ切りされたファスナのための係留機構として有用ではあるが、高強度の用途に用いられるようにするために、こうした挿入体は、３０２／３０４ステンレス鋼のような高強度の材料から形成されなければならない。ナット及び／又はファスナが他の合金から形成されたファスナ組立体におけるステンレス鋼挿入体の使用は、時が経つにつれて異種金属接触腐食が生じる可能性のような或る認識された問題を招くことになる。「異種金属接触腐食」という句は、電解質中の２つの異なる金属間のガルバニ電池における２つの金属の電位（ｅｍｆ）の差に由来して生じる電流に起因する電気化学的腐食を意味する。

ステンレス鋼ファスナ挿入体は、異種金属接触腐食を防ぐために、クロム酸亜鉛で被覆される。しかしながら、クロム酸亜鉛の塗布は、厳密な量的制御を要求し、手間がかかると考えられる。多過ぎるクロム酸亜鉛の塗布は、移動を妨げることがある。さらに、取り付け工具は、工具のマンドレル上へのクロム酸亜鉛の望ましくない堆積を防止するために、頻繁なクリーニングを要求する。少な過ぎるクロム酸亜鉛の塗布は、不適切な腐食防護といった他の問題を招く。

近年、上述のような多くの問題及び欠点に対処するために、ファスナ挿入体が、特定の樹脂結合されたフルオロポリマー組成物で被覆された。こうした樹脂結合の例が、米国特許第６，２２４，３１１ Ｂ１号に記載されており、この特許を引用によりここに組み入れる。全体的に有用であるが、この文書に記載されているフルオロポリマー組成物で被覆されたファスナ挿入体は、更なる問題を呈する。例えば、クロム酸塩を含むフルオロポリマー組成物で被覆された突起部のない螺旋コイル状ファスナ挿入体が、一般的トルク試験の際に、タップ穴の中で偶発的に移動することが分かった。さらに、クロム酸塩含有フルオロポリマー組成物は、こうした突起部のない挿入体の適正な機能を妨げることが分かった。すなわち、クロム酸塩含有フルオロポリマー組成物で被覆されたファスナ挿入体は、時折、隣接するコイルとつながった状態になり、ファスナの取り付けを妨げることになる。

上記のことを考慮して、本発明は、
ａ）ファスナと、該ファスナを受け要素の中に保持するファスナ挿入体とを準備し、
ｂ）該ファスナ挿入体をクロム酸塩をもたないフルオロポリマー組成物で被覆し、
ｃ）受け要素の中で、該ファスナと被覆されたファスナ挿入体とを隣接させる、
段階を含む、受け要素において用いるための金属製ファスナ挿入体とファスナとを用いてファスナ組立体における異種金属接触腐食を防ぐ方法に関する。

任意に、ファスナ挿入体は、クロム酸塩をもたないフルオロポリマー組成物を塗布する前に脱脂される。さらに、グリット・ブラストのような従来の技術を用いて、被覆されることになるファスナ挿入体の表面を研磨し、被覆の粘着性、耐摩耗性、及び全体的な耐久性を高めることができる。以下により詳細に説明されるように、被覆されたファスナ挿入体が、化学物質又は腐食剤の存在下で用いられる場合には、脱脂後であるが被覆前に下塗り剤組成物を用いることができる。

本発明はまた、
複数の巻回部を含む螺旋状に巻かれたワイヤからなるほぼ円筒形の本体を含み、実質的に外面全体がクロム酸塩をもたない樹脂結合されたフルオロポリマーで被覆された、ファスナを受け要素の中に固定するための被覆された金属製ファスナ挿入体にも関する。
本発明はさらに、
ａ）金属製ファスナ挿入体を準備し、
ｂ）該金属製ファスナ挿入体をクロム酸塩をもたないフルオロポリマー組成物で被覆し、該金属製ファスナを実質的に囲む、
段階を含む、異種金属接触腐食に耐性があるファスナ挿入体の製造方法に関する。

ファスナ挿入体をクロム酸塩をもたないフルオロポリマー組成物で被覆する結果として、本発明の主要な目的は、異種金属接触腐食を防ぐことによって、ファスナ組立体の耐用年数を延ばすことである。
本発明の別の目的は、ファスナ挿入体に、より均一に行きわたるトルク値を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、挿入時にタップ穴の中に実質的に固定されたままになる挿入体を提供することである。
本発明の利点のさらに他の目的は、以下に与えられる詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を検討するときに、当業者に明らかになるであろう。

本発明は、詳細な説明及び添付の図面からより完全に理解されるであろう。
好ましい実施形態の以下の説明は、本質的に例示的なものに過ぎず、決して、本発明、その適用例、又はその用途を限定しようとするものではない。

図１を参照すると、ねじ付ファスナ１２と、基板５０のタップ穴１８の中に挿入可能なファスナ挿入体１４とを含むファスナ組立体１０が示されている。図２に示されるように、このファスナ挿入体は、部品５２を基板５０に取り付けるように働くものである。任意に、座金５４をファスナの頭部と基板との間に用いて、部品５２の固定を助けることができる。

ファスナ１２は、一般に、ヘッド２０と、半径方向外方に突出するねじ２４を有するシャンク２２とを含む。ファスナ挿入体１４は、ファスナを基板５０のタップ穴１８のような受け要素１６の中に保持することができるどんな形態であってもよいが、第１の端部３２と第２の端部３４との間に配設された複数の巻回部３０を有する本体２８を含む螺旋状に巻かれたワイヤ２６の形態であることが好ましい。端部の少なくとも１つには、タップ穴の中に挿入体を取り付けるのを助ける、選択的に取り外し可能な駆動用端部片３６を設けることができる。現在説明されている実施形態の受け要素は、タップ穴の形態であるが、被覆されたファスナ挿入体が、タップ穴の中ではなくロッキング・ナットと併せて用いられる、図６のファスナ組立体において、別の実施形態が説明されることに注目すべきである。

図２に最も明らかに示されるように、ファスナ挿入体１４は、取り付けられたときに、その中にしっかりと固定されることになるように、取り付け前には、タップ穴１８（又はナット・バレル）より大きい直径であることが好ましい。さらに、螺旋状に巻かれた挿入体がねじ切られたバレルの中に配設されたときには、コイルは、どんな標準的なねじ切りされたボルト又はスクリューにも事実上適応できる恒久的な６０°の雌ねじ山を与える。

ファスナ挿入体１４をタップ穴１８又はナット・バレル４２の中に挿入する前に、受け要素１６がロッキング・ナット４０の形態である場合、挿入体は、限定の意味をもたない例として、ペンシルバニア州ウェストチェスター所在のＷｈｉｔｆｏｒｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手可能な、ＸＹＬＡＮ（登録商標）５２３０のようなクロム酸塩をもたない樹脂結合されたフルオロポリマー組成物で被覆される。「クロム酸塩をもたない」という用語は、フルオロポリマー樹脂組成物が、限定の意味をもたない例として、クロム酸亜鉛のようなクロム酸塩の成分が約１．０重量％より少ないことを意図するものである。

理論的には、好ましいフルオロポリマー樹脂組成物において、クロム酸亜鉛のような現在用いられているクロム酸塩の代わりに、リン酸亜鉛のようなクロム酸塩をもたないフルオロポリマー・リン酸塩を用いることができると考えられる。ファスナ組立体内でのファスナ挿入体の移動を減少させるといった、種々の機能的改善に加えて、クロム酸塩をもたないフルオロポリマー被覆された挿入体は、クロム酸塩の廃棄及び劣化と関連した問題をもはや呈さなくなる。

図３及び図４を参照して示されるように、浸漬回転技術又は空気噴霧技術により、フルオロポリマー組成物を塗布することができる。フルオロポリマー被覆を塗布する前に、溶液内にクロム酸塩をもたないフルオロポリマーを適切に分散させるように、組成物を完全に攪拌することが好ましい。本発明が特に目的としている、異種金属接触腐食の防止に加えて、ファスナ挿入体がステンレス鋼から形成されたときには、クロム酸塩をもたないフルオロポリマー組成物は、かじりを減少させるようにも働く。ワイヤ巻回部のクロム酸塩をもたないフルオロポリマー被覆されたファスナ挿入体の断面が、図５に断面で示されている。

興味深いことに、本発明のクロム酸塩をもたないフルオロポリマー被覆された挿入体は、クロム酸塩含有組成物で被覆されたものより、滑らかな仕上げを有するように見える。滑らかな仕上げにもかかわらず、クロム酸塩をもたないフルオロポリマー被覆されたファスナ挿入体は、突起部のない挿入体を用いて行われる一般的トルク試験の際に、クロム酸塩含有フルオロポリマー組成物で被覆されたファスナ挿入体より、良好に機能する。このことは、滑らかな仕上げが、通常、タップ穴の中でのファスナ挿入体の移動のために、ここでは当てはまらない全ての作動パラメータが同じであるという性質を要求するという点で、予期されないことである。

乾燥したフルオロポリマー膜の厚さは、０．１ミルから約０．７ミルまでとすることが好ましく、０．３ミルから約０．５ミルまでの範囲であることが好ましい。したがって、これは、好ましい厚さを得るために少なくとも２つの被覆を塗布する浸漬回転用途において好ましいものである。従来の噴霧用途技術を用いて、単一の被覆も可能である。
特定の状況下で、所望の粘度が得られるまで、メチルエチルケトン（ｍｅｋ）のような溶媒と混合させることにより、クロム酸塩をもたないフルオロポリマー組成物の粘度の修正が必要になることがある。好ましい粘度は、一般に、２５℃において約２０秒から３０秒までの間の範囲である。

上述のように、汚染物が、ファスナ挿入体に対する被覆の不良な付着を生じさせるか、又は乾燥した被覆組成物の欠陥を生じさせることがあるため、ファスナ挿入体には、油、グリース、金属の削り屑などのような汚染物がないことが好ましい。したがって、ファスナ挿入体は、被覆前に、塩素系溶剤又はフッ素系溶剤、洗剤、又は一部が、おおよそ４００℃から４２５℃までの間の温度に１０分から２０分間だけ曝されて、あらゆる石油ベースの汚染物が完全に炭化されることを確実にする高温焼却工程を用いて、洗浄される、すなわち、脱脂されることが推奨される。

表面を洗浄することに加えて、グリット・ブラスト及び／又はサンド・ブラストのような従来の技術を用いて、ファスナ挿入体を研磨させることも推奨される。推奨されるグリットの寸法は、平方インチ当たり約８０ポンドの気圧において約８０メッシュから１２０メッシュまでの間である。研磨段階が実行されると、各々のファスナ挿入体を溶媒によってすすぎ、あらゆるグリット残留物を洗い流すべきである。
任意に、特に、ファスナ組立体が過酷な環境条件の影響を受けやすい用途の場合には、下塗り剤でファスナ挿入体を予め処理することができる。

浸漬回転塗布を行うために、各々のファスナ挿入体が、約５秒から１０秒間だけ浸漬され、次に、各々の方向を少なくとも３度だけ変えて、５秒から１５秒間だけ回転される。その後、ファスナ挿入体は、約１９０℃から約２４０℃までの間の温度で約７分から１０分間だけ硬化される。第２の被覆を塗布するために前述の浸漬回転段階を行う前に、一部を３８℃より低い周囲温度まで冷却することが可能になることが好ましい。
空気噴霧技術は、一般に、３８℃より低い周囲温度で、４０ｐｓｉから５０ｐｓｉまでの間のライン圧及び３ｐｓｉから７ｐｓｉまでの範囲のポップ圧で塗布することを含む。クロム酸塩をもたないフルオロポリマー組成物の塗布に続いて、ファスナ挿入体は、約１８０℃から約２４０℃までの間の温度で、約７分から１０分間だけ硬化される。

ファスナ挿入体上の被覆を完全に硬化すると同時に、目視検査の形態の品質制御を行うべきである。隣接するコイル間に被覆の過剰な架橋が存在する場合には、こうしたコイルを除去すべきである。
開示される本発明の好ましい実施形態は、述べられた目的を達成するために十分に予想されていることは明らかであるが、本発明は、その精神から逸脱することなく、修正、変形、及び変更の余地があることが理解される。

螺旋状に巻かれた挿入体を含むファスナ組立体の分解斜視図である。 図１のファスナ組立体の組み立て断面図である。 螺旋状に巻かれた挿入体の噴霧被覆を示す斜視図である。 螺旋状に巻かれた挿入体の浸漬被覆を示す斜視図である。 被覆されたファスナ挿入体の図１の線５−５に沿って取られた巻回部の断面図である。 代替的なファスナ組立体の組み立て断面図である。

符号の説明

１０：ファスナ組立体
１２：ファスナ
１４：ファスナ挿入体
１６：受け要素
１８：タップ穴
２８：本体
３０：巻回部
５０：基板

Claims (18)

1. 金属製ファスナ挿入体、ねじ付ファスナ、及び受け要素を用いるファスナ組立体において異種金属接触腐食を防止する方法であって、
   ａ）ファスナと、前記ファスナを前記受け要素の中に保持するファスナ挿入体とを準備し、
   ｂ）前記ファスナ挿入体をクロム酸塩をもたないフルオロポリマー組成物で被覆し、
   ｃ）前記受け要素の中で、前記ファスナと被覆されたファスナ挿入体とを隣接させる、
   段階を含むことを特徴とする方法。
2. 前記ファスナ挿入体が、被覆される前に洗浄されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ファスナ挿入体が、被覆される前に研磨されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記ファスナ挿入体が、前記被覆を塗布する前に、任意に下塗り剤で予め被覆されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記ファスナ挿入体に被覆された前記被覆が、約０．３ミルから０．５ミルまでの間の平均乾燥厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記被覆が浸漬回転技術によって塗布されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記被覆が多数の層において塗布されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記被覆が噴霧によって塗布されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
9. 前記被覆が、２５℃における約２０秒から３０秒までの間の塗布時に平均粘度を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記受け要素に挿入される前に、約１８０℃から約２４０℃までの間の温度で焼くことによって、前記被覆が前記ファスナ挿入体上に硬化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 第１の金属から形成されたねじ付ファスナと、
    金属製ファスナ挿入体と、
    受け要素と、
    を備え、
    前記金属製ファスナ挿入体及び前記受け要素の少なくとも１つが第２の金属から形成され、
    前記ファスナ挿入体がクロム酸塩をもたないフルオロポリマー組成物で被覆され、前記ファスナ組立体において異種金属接触腐食が起こる可能性が減少されたことを特徴とするファスナ組立体。
12. 前記被覆が、約０．３ミルから０．５ミルまでの平均乾燥厚さを有することを特徴とする請求項１１に記載のファスナ組立体。
13. 前記被覆が、２５℃における約２０秒から３０秒までの間の塗布時に平均粘度を有することを特徴とする請求項１１に記載のファスナ組立体。
14. 金属製ファスナと、前記ファスナ挿入体のための受け要素とを含み、前記挿入体、ファスナ、及び受け要素の少なくとも１つが、該挿入体、ファスナ、又は受け要素の他のものの金属とは異なる金属合金から形成された、ファスナ組立体の被覆された金属製ファスナ挿入体であって、該挿入体が、
    複数の巻回部を含む螺旋状に巻かれたワイヤからなるほぼ円筒体の本体を備え、
    その外面が、クロム酸塩をもたないフルオロポリマー組成物で被覆され、前記ファスナ組立体における異種金属接触腐食を防ぐようになったことを特徴とする被覆された金属製ファスナ挿入体。
15. 前記挿入体がステンレス鋼から形成されたことを特徴とする請求項１４に記載の被覆された金属ファスナ挿入体。
16. 前記挿入体が、前記ファスナのかじりを減少させることを特徴とする請求項１４に記載の被覆された金属製ファスナ挿入体。
17. 前記フルオロポリマー組成物の塗布前に前記挿入体に塗布される下塗り剤をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の被覆された金属製ファスナ挿入体。
18. 前記挿入体のコイルが、前記タップ穴の中に挿入されたときに、６０°の雌ねじ山を与えることを特徴とする請求項１４に記載の被覆された金属製ファスナ挿入体。

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